5. Cấu trúc của khóa luận
2.1.1. Vật chất tối (dark matter)
Trong vật lý thiên văn, thuật ngữ vật chất tối chỉ đến một loại vật chất giả thuyết trong vũ trụ, có thành phần chưa hiểu được. Vật chất tối không phát ra hay phản chiếu đủ bức xạ điện từ để có thể quan sát được bằng kính thiên văn hay các thiết bị đo đạc hiện nay, nhưng có thể nhận nó ra vì những ảnh hưởng hấp dẫn của nó đối với chất rắn hoặc các vật thể khác cũng như với toàn thể vũ trụ. Dựa trên hiểu biết hiện nay về những cấu trúc lớn hơn thiên hà, cũng như các lý thuyết được chấp nhận rộng rãi về Vụ Nổ Lớn (BigBang), các nhà khoa học nghĩ rằng vật chất tối là thành phần cơ bản chiếm tới 70% vật chất trong vũ trụ.
Năm 1937, Fritz Zwicky (1898-1974) – một nhà thiên văn học người Mĩ gốc Thụy Sĩ – đã phát hiện ra sự xuất hiện của loại vật chất này khi đo vận tốc của các thiên hà trong quần thiên hà Coma, nằm cách Ngân hà chúng ta khoảng 370 triệu năm ánh sáng.
Áp dụng hiệu ứng Doppler, ông đã tiến hành đo đạc hàng trăm thiên hà trong đám Coma với giả định rằng đám thiên hà này cân bằng, không giãn nở cũng không tự co lại mạnh. Và ông đã thu được một kết quả là tổng khối lượng của đám Coma được suy từ chuyển động của các thiên hà cao hơn đáng kể so với tổng khối
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt 30 lượng của các thiên hà cá thể. Nói cách khác, chỉ mình lực hấp dẫn tác dụng bởi vật chất sáng của các thiên hà thì không đủ để giữ các thiên hà ở lại với nhau trong đám. Chuyển động của các thiên hà này, đáng lẽ đã nhanh chóng làm chúng phân tán vào không gian giữa các thiên hà, và đám đã biến mất từ lâu lắm rồi. Nhưng thực tế, đám vẫn còn tồn tại trong bầu trời. Chỉ một kết luận khả dĩ, phải tồn tại một nguồn bổ sung lực hấp dẫn tác động bởi một vật chất tối chưa rõ bản chất không phát ra ánh sáng nhìn thấy được, nhưng giúp cho việc có thể giữ được các thiên hà trong đám. Đó là quan sát đầu tiên nhắc đến vật chất tối.[1]
Như vậy, người ta thường đo khối lượng của một thiên hà bằng 2 cách cơ bản.
+ Cách thứ nhất là sự phân tán vận tốc trong quần thiên hà: Thiên hà có khối lượng càng lớn sẽ càng có sự phân tán vận tốc rõ nét ra các thiên hà lân cận và nhờ phương pháp đó có thể xác định được tổng khối lượng của quần thiên hà.
+ Cách thứ hai là xác định độ trưng của các thiên hà để rút ra khối lượng của chúng và từ đó tính được tổng khối lượng của quần thiên hà. Điều đáng chú ý là khối lượng của một quần thiên hà tính theo cách thứ nhất luôn lớn hơn rất nhiều khối lượng tính theo cách hai cho dù tính đến sai số rất cao.
Người ta nhận ra rằng có một số tỉ lệ nhất định về khối lượng đo được qua hai phương pháp trên. Sau công trình của nhà thiên văn học người Mĩ - Fritz Zwicky, các nhà thiên văn đã ứng dụng các phương pháp đo nói trên để nghiên cứu chuyển động của các thiên hà ở các đám khác và đưa ra kết quả: tổng khối lượng vật chất của các đám thiên hà bằng khoảng từ 10 đến 100 lần vật chất sáng, lớn hơn so với tỉ lệ này đối với các thiên hà riêng lẽ 3 đến 10 lần. Điều này có nghĩa vật chất tối chiếm hơn 90% tổng vật chất của các đám thuộc hai dạng: thứ nhất, vật chất nằm trong các quầng không nhìn thấy được quanh các thiên hà cá thể; thứ hai, vật chất nằm trong không gian giữa các thiên hà của đám và có khối
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt 31 lượng lớn hơn gấp khoảng sáu lần. Có nghĩa là nó khẳng định cho việc vật chất tối có mặt tại khắp mọi nơi trong vũ trụ. [1]
Nghịch lí Olbers: Nghịch lí này là câu hỏi đặt ra tại sao với rất nhiều sao như thế mà vũ trụ không sáng rực mà lại tối đen như thế này, và tại sao vũ trụ không đạt được trạng thái cân bằng nhiệt với các ngôi sao?
Có một số người giải thích rằng vật chất tối nói tới ở trên đã "ăn" bớt mất ánh sáng, do đó chúng làm giảm một cách đáng kể mật độ ánh sáng trong vũ trụ. Tuy nhiên hiện nay thì chưa có kiểm chứng nào cho thấy hạt ánh sáng (photon) có thể bị hấp thụ.
Tuy nhiên, sự tồn tại phổ biến của vật chất tối cũng nói lên một vai trò rất quan trọng nữa của nó. Đó là nó đóng góp vào việc kiềm chế sự nở ra của vũ trụ, tránh cho vũ trụ có một cấu trúc không - thời gian lạm phát hoàn toàn, như thế thì hẳn đã không có chúng ta ở đây.